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Física Eléctrica. J.A.Moleón1 Termodinámica Ø Introducción: Calor y Temperatura Ø Primer Principio Ø Segundo Principio Departamento de Física Universidad.

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1 Física Eléctrica. J.A.Moleón1 Termodinámica Ø Introducción: Calor y Temperatura Ø Primer Principio Ø Segundo Principio Departamento de Física Universidad de Jaén

2 Física Eléctrica. J.A.Moleón 2 1- Procesos y Equilibrios 4 En general, los sistemas termodinámicos consistirán en dispositivos capaces de intercambiar energía (de cualquier tipo) entre ellos o con el medio. Ese intercambio de energía se llamará Proceso Termodinámico. 4 Al aplicar energía a un sistema, éste sufre cambios en sus variables: temperatura, forma, presión, etc. (estado transitorio); hasta finalizar esos cambios y llegar a un estado estacionario. 4 Un Estado Estacionario, en el que sus variables intensivas tienen igual valor en todos los puntos del sistema, se denomina estado de Equilibrio Termodinámico.

3 Física Eléctrica. J.A.Moleón 3 1- Procesos y Equilibrios 4 El Eq. Termodinámico Implica, además, que el sistema está en: 4 Eq. Térmico, Eq. Mecánico, Eq. Químico o másico. 4 Si alguna condición no se cumple, el sistema evoluciona hasta otro estado de Eq. realizando algún tipo de interacción o proceso en el que cambiarán en el tiempo sus variables termodinámicas. 4 Interacción Térmica: sistema y medio separados por pared diatérmana Se intercambia calor hasta que se igualen las temperaturas Principio Cero de la Termodinámica

4 Física Eléctrica. J.A.Moleón 4 1- Procesos y Equilibrios 4 Interacción Mecánica: se permite el intercambio de E. Mecánica con una pared deformable. 4 Interacción Másica: se permite el intercambio de masa con una pared permeable. 4 Procesos Reversibles Termodinámica Clásica 4 Procesos Irreversibles (reales) T. del No Equilibrio.

5 Física Eléctrica. J.A.Moleón 5 2 – Trabajo 4 El Trabajo está relacionado con el intercambio de E. Mecánica. 4 Para analizar este intercambio utilizaremos un sistema muy usual, un gas dentro de un pistón (motores, máquinas de vapor, máq. frigoríficas, etc.). que realiza trabajo a través de la presión del gas. 4 El pistón realiza las veces de pared deformable.

6 Física Eléctrica. J.A.Moleón 6 2 – Trabajo 4 Criterio de signos: 4 En expansión V > 0 W > 0 Realizado por el sistema. 4 En compresión V < 0 W < 0 Realizado por el medio. 4 Representación gráfica del trabajo:

7 Física Eléctrica. J.A.Moleón 7 2 – Trabajo 4 Como vemos el Trabajo es el área bajo la curva, por tanto, depende de la trayectoria seguida no es función de estado es de camino. 4 Una función de estado solo depende del estado inicial y final; sus diferenciales son exactas (df), las de camino no ( f). 4 W T = W B + W CA 4 W B > 0 4 W CA < 0

8 Física Eléctrica. J.A.Moleón 8 3 – Primer Principio 4 Si consideramos un sistema que realiza varios procesos Adiabáticos entre los mismos estado inicial y final. Se encuentra que, todos los W adb son iguales, para todos los caminos posibles 4 ese W es una función de estado, llamada Energía Interna. 4 La energía que un sistema da o recibe del medio, sin intercambiar calor, procede de su Energía Interna. 4 Cuando los procesos no son adiabáticos, las diferencias entre Wadb y W No adb corresponden con los calores: 4 Q = W - Wadb; - Wadb = U

9 Física Eléctrica. J.A.Moleón 9 3 – Primer Principio 4 Primer Principio: "El Calor suministrado a un sistema, se emplea, parte en realizar Trabajo y parte en aumentar la Energía Interna del sistema". (La Energía se conserva). 4 De otra forma: "Es imposible construir un móvil perpetuo de primera especie". Una máquina de funcionamiento cíclico que no absorbe una cantidad equivalente de calor. 4 Q tampoco es función de estado, pues no lo es W: 4 Convenio de signos: Q (absorvido por sist.) > 0 Q (cedido por sist.) < 0

10 Física Eléctrica. J.A.Moleón 10 4 – Energía Interna de un gas ideal 4 En un gas ideal la energía interna solo depende de su temperatura: U = U(T) Ley de Joule. 4 En gases reales también depende del volumen. 4 Cálculo de U: 4 Teníamos: Q = m c T Q = m c dT 4 Podemos definir: Capacidad Calorífica C = m c e 4 Capacidad Calorífica molar C = n c e 4 Calor Específico (a presión constante o a volumen constante) Ley de Mayer

11 Física Eléctrica. J.A.Moleón 11 5 – Procesos en Gases Ideales 4 A] Proceso Isóbaro P = Cte P V 1 = n R T 1 P V 2 = n R T 2 U = n c V (T 2 - T 1 ) W = P (V 2 - V 1 ) Q = n c P (T 2 - T 1 ) Simulación

12 Física Eléctrica. J.A.Moleón 12 5 – Procesos en Gases Ideales 4 B] Proceso Isocoro V = Cte P 1 V = n R T 1 P 2 V = n R T 2 U = n c V (T 2 - T 1 ) W = 0 Q = n c V (T 2 - T 1 ) = U

13 Física Eléctrica. J.A.Moleón 13 5 – Procesos en Gases Ideales 4 C] Proceso Isotermo T = Cte P 1 V 1 = n R T P 2 V 2 = n R T U = 0 Q = W

14 Física Eléctrica. J.A.Moleón 14 5 – Procesos en Gases Ideales 4 D] Proceso Adiabático δQ = 0 P 1 V 1 = n R T 1 P 2 V 2 = n R T 2 Con estas ec. no podemos sacar nada. Volvemos al Pr. Pr. Q = dU + P dV = 0 4 Se define el Coeficiente Adiabático: 4 Obtenemos la ecuación del proceso adiabático: 4 Usando la ecuación de estado de los gases ideales (pV = nRT) la anterior se puede expresar también de las formas:

15 Física Eléctrica. J.A.Moleón 15 5 – Procesos en Gases Ideales 4 Nos queda obtener energía interna, trabajo y calor en este proceso: U = n c V (T 2 - T 1 ) Q = 0 W = - U = 4 Por otro lado:


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